CN106547346A - 触觉嘈杂的环境中的触觉反馈 - Google Patents

Abstract

本公开的一个方面涉及触觉嘈杂的环境中的触觉反馈。提供了用于为产生触觉噪声的设备，诸如具有在操作时产生噪声和振动的电动马达的动力工具，提供触觉反馈的方法。设备的环境条件能够在设备被操作并生成触觉噪声的时候被感测。设备的触觉噪声特征能够被确定。基于环境条件和触觉噪声特征的触觉驱动信号能够被生成。触觉驱动信号能够被施加到与该设备关联的触觉输出设备。

Description

触觉嘈杂的环境中的触觉反馈

技术领域

一种实施例针对触觉输出系统。更具体而言，一种实施例针对用于产生触觉噪声的设备的触觉输出系统。

背景技术

一些手持式工具通过其正常操作产生触觉输出。例如，动力钻具有产生振动并通过其手柄将那些振动传送给用户的马达。这些由钻孔动作引起的振动可以提供一些触觉信息。例如，对于施加到扳柄(trigger)的某个量的压力和要被钻的材料，熟悉钻具的用户可以辨别何时钻具的马达变得比通常慢。用户可以猜测钻头太热或钝、这种材料比其它材料硬、或者钻具的电池需要充电。不是留给猜测，而是用户可能想要在使用嘈杂的工具同时有更有意义的触觉反馈。虽然可以辨别出一些触觉线索，但嘈杂的工具不提供许多有意义的触觉线索，尤其比它们的手动相似物比较的话。

通常，当诸如动力工具的手持式工具操作时，它产生触觉嘈杂的环境。即，它自然地提供这种可以压倒其它触觉反馈的强触觉。例如，钻通木材的用户在钻的时候可能感觉不到其口袋中手机的振动，即使手机的振动的位置不在钻具的附近。

对用户来说，从工具接收除由工具自然提供的触觉反馈之外的触觉反馈信息会是方便的。但是，常规的系统只能在不存在手持式工具的另一个触觉输出要应对的时候提供触觉信息。

发明内容

实施例包括用于为产生触觉噪声的设备，诸如具有在操作时产生噪声和振动的电动马达的动力工具，提供触觉反馈的方法。设备的环境条件可在设备被操作并生成触觉噪声的时候被感测。设备的触觉噪声特征可被确定。基于环境条件和触觉噪声特征的触觉驱动信号可被生成。触觉驱动信号可被施加到与该设备关联的触觉输出设备。

附图说明

图1是根据本发明一种实施例的触觉启用的系统的框图。

图2是根据本发明一种实施例的触觉启用的系统的框图。

图3是根据本发明一种实施例的触觉启用的系统的框图。

图4是根据一种实施例、用于在触觉嘈杂的环境中提供触觉效果的流程图。

图5是根据一种实施例、用于利用可穿戴设备在触觉嘈杂的环境中提供触觉效果的流程图。

图6是根据一种实施例、示出传感器和触觉输出设备的一些可能位置的动力工具的图示。

具体实施方式

一些设备，诸如动力工具，可以在其以正常或预期方式被使用时产生嘈杂的触觉输出。例如，电动工具通常通过从它们的马达以及与电动工具对其操作的材料的交互产生强振动和响亮的声音，在它们运行时生成大量的触觉噪声。在动力工具操作期间，嘈杂的振动的强度会变化，但一般而言掩盖了在工具操作期间操作者将获得的任何反馈。持续的振动会钝化操作者感知可能有何小反馈的能力。因此，操作者必须依靠视觉和自己的经验来确定工具是否如预期的那样操作。具有很少经验的操作者，诸如业余爱好者或新手，不具备依靠通常提供的微小反馈的技能。甚至熟练和有经验的工人也可以利用与这种设备的操作相关的有帮助的触觉反馈来提高。

触觉噪声级别是在任何环境中触觉噪声的背景级别。触觉噪声可以有几个特征，诸如级别、频率、模式，等等。例如，空气调节单元可以操作并在相当低的级别产生一定级别的听觉和振动触感噪声。环境中的其它物品也会产生触觉噪声，这些触觉噪声可以加在一起，一般而言增加环境中触觉噪声的整体级别。例如，建筑施工会在附近的办公室产生噪声和振动，并且计算机风扇会产生噪声和振动。触觉噪声也可以得自对整体背景噪声起作用的设备的使用。例如，钻具将产生噪声和振动，作为触觉噪声。在同一环境中同时运行的锯子也将产生噪声和振动，对环境的触觉噪声起作用。归因于设备的使用的触觉噪声可被特征化。这种类型的触觉噪声是由设备通过其操作产生的并且可以来自设备本身或与该设备交互的材料。触觉噪声可以基于触觉噪声在环境中什么地方产生以及用户离触觉噪声源多远而变化。而且，如果用户与产生触觉噪声的设备直接物理接触，则触觉噪声级别或强度将可察觉到更高。

触觉信号是由触觉输出设备提供的。它可以被认为是触觉输出设备的模拟输出。触觉信号的功能可以通过它使用的语境来确定。例如，响应于用户动作而产生的触觉信号可以被认为是“触觉反馈”。伴随视频信号产生的、与视频信号内容相关的触觉信号可以被认为是“触觉效果”。虽然触觉信号可以被看作是期望的触觉输出，但是触觉控制信号可以被认为是控制触觉输出的形状的数字信号。换句话说，触觉控制信号由包含在触觉输出设备上输出触觉信号所必需的信息的存储器或控制器提供。触觉控制信号可以被转换成将是施加到触觉输出设备的实际电压信号的触觉驱动信号。如本文所使用的，“工具”包括任何有用的设备；“动力工具”是包括马达的工具。

触觉噪声级别的上升会干扰触觉感知界线。触觉感知界线包括对感知、注意力突破和疼痛的阈值。感知界线是触觉信号变成可让人感知的界线。注意力突破界线是当人的注意力先前在别的东西时触觉信号将使人变得注意到触觉信号以便感知触觉信号的界线。疼痛界线是触觉信号将使人感知到疼痛的界线。这些界线当中每一个可以就各自的阈值来表示，使得当触觉信号超过感知、注意力突破或疼痛的阈值时，它分别打破每个界线。在一些情况下，这些阈值可以是相同的。例如，如果人在安静的房间内，则振动的手机可以在相同的阈值既是可感知的又具有注意力突破。反之，如果人在触觉嘈杂的房间内，则为了实现注意力突破，触觉输出设备可能需要引起疼痛，使得对于注意力突破和疼痛的阈值是相同的并且这两个感知状态基本上是重叠的。感知、注意力突破和疼痛阈值个别地变化，并且依赖于其它因素，诸如体温、手的温度、压力级别、水合，等等。

实现感知、注意力突破或疼痛所必需的阈值可以依赖于环境因素，包括触觉噪声。如果触觉噪声的级别低，则一般而言这些阈值可以低。如果触觉噪声的级别高，则一般而言这些阈值可以高。作为相关的例子，假设人在黑暗的房间内并且人的眼睛已经扩张以变得习惯黑暗的房间。有人开灯。引起疼痛所需的光照级别比对于在明亮房间内的人的要低得多。

感知、注意力突破和疼痛包括触觉信号的定量和定性两个方面。除其它事项外，定量方面还可以包括触觉信号的强度、量值和/或级别。除其它事项外，定性方面还可以包括触觉信号的频率、模式和/或变化性。触觉信号的定量和定性方面可以针对不同的触觉输出设备有所不同。例如，以较高强度提供的触觉信号可以超过感知阈值，但是，以较低强度提供的触觉信号可以依赖于其位置和特征而超过感知阈值。如果触觉信号的特征与触觉噪声的特征不同，则触觉信号的强度可能不需要像其它情况下的那大。依赖于触觉输出设备，触觉信号可以被建模为具有与环境中的触觉噪声不同的性质。例如，钻混凝土的人可能还会感觉到肩膀上相对轻的轻击。不仅触觉信号(轻击)位于与大多数触觉噪声不同的地方，而且触觉噪声的特征也不同，是轻击而不是振动。

与触觉信号类似，除了触觉噪声的定量方面，即，强度或级别，还存在触觉噪声的定性方面。定性方面包括可在触觉噪声环境中存在的不同类型的噪声。白噪声提供在所有频率具有理想地相等功率的平坦功率谱(但不被感知为这样)。粉红噪声提供每倍频程降低3dB的频谱功率密度。红噪声(或布朗噪声)提供每倍频程降低6dB的频谱功率密度。蓝噪声提供每倍频程增加3dB的频谱功率密度。紫噪声提供每倍频程增加6dB的频谱功率密度。灰噪声是接受平等响度曲线以便提供在所有频率都同样响亮的感知的随机白噪声。存在作为上述的变形的其它噪声分布。

在一些实施例中，触觉噪声分布可以被比喻为噪声的类型。触觉信号可以被选择为在不同的噪声类型提供触觉效果，以便更加独特。例如，如果触觉噪声类似于蓝噪声，则提供布朗噪声触觉输出的触觉效果可以被选择，以便更可感知。

本文所描述的实施例在触觉噪声的环境中提供触觉信号，以越过(overcome)感知、注意力突破和/或疼痛的阈值。例如，实施例在由本地设备，诸如工具，产生的触觉噪声当中提供有意义的触觉信号。所提供的触觉信号可以是与设备的操作相关的通知、触觉效果或其它触觉反馈，诸如警报、任务反馈或安全风险警告。一些实施例还预期在远程操作的设备中的触觉噪声，如下面所讨论的。

例如，在使用手持式工具的同时通过手持式或可穿戴设备提供的独特触觉信号可以充当感官增强触觉信号，以便为工具的操作者提供关于手上的任务的信息。例如，在电钻的情况下，如果他们想在某个深度停止的话，则信息显示可以告诉用户他们钻了多深。但是，告知操作者停止钻的独特触觉信号将使操作者能够使他们留意工作，而不是显示屏。

在一些实施例中，触觉输出设备，诸如触觉致动器，可以位于工具上。触觉输出设备的尺寸和位置可以使得来自触觉输出设备的触觉信号可被设计为可优先于环境触觉噪声并优先于设备产生的触觉噪声被用户感知。在一些实施例中，传感器可以位于工具上，以检测、特征化或建模触觉噪声、操作条件或设备的任务相关状态。基于工具的这些环境条件和触觉噪声的触觉信号可以作为触觉反馈来提供。触觉反馈可以被定制，以便与触觉噪声不同，或者换句话说，越过感知的阈值、注意力突破的阈值，和/或疼痛的阈值。例如，传感器可以测量触觉噪声，作为在特定强度的振动频率。位于工具上的触觉输出设备可以生成在不同频率和/或强度的触觉反馈，以便让用户可感知。

触觉噪声可以利用位于设备上或在设备附近的传感器，诸如下面描述的那些，来感测。在一些实施例中，传感器可以作为触觉噪声的代理并且可被用来特征化触觉噪声。例如，除非在真空中，否则正在产生触觉噪声的设备也产生听觉噪声。麦克风可被用来捕获听觉噪声并估计触觉噪声的级别和特征。代理传感器的另一个例子是马达的转速表。马达的每分钟转数(“RPM”)可被用来估计触觉噪声。代理传感器的另一个例子是附连到马达的电压表和/或电流表。电压可被用来估计马达的旋转速度并且电流汲取可被用来估计马达上的负载。速度和负载可被用来推断触觉噪声的级别和特征。

在一些实施例中，用于设备的触觉噪声分布可以利用这种传感器被建模或特征化，以提供由设备在操作时产生的典型触觉噪声的范围。建模可以使用传感器数据来直接检测触觉噪声或利用代理传感器来检测触觉噪声。建模触觉噪声可对一类工具，例如动力钻或锯，一般化。工具的特定模型可被设计为具有某些触觉噪声分布。

在一些实施例中，触觉噪声分布可以基于设备与另一种材料或表面的交互来调整。例如，钻具可以钻通木材，并且与钻具钻通金属相比，触觉噪声可以被更改。

在另一实施例中，触觉输出设备可以远离工具定位，诸如定位在可穿戴设备(诸如腕带)上，或者在电话上或者在以其它方式与用户接触的触觉输出设备上。诸如触觉效果的触觉信号可以在远程设备上播放。在可穿戴设备上提供的触觉效果可以被定制，以便与触觉噪声不同，即，越过了感知、注意力突破或疼痛阈值界线。在一些实施例中，传感器可以测量触觉噪声作为在特定强度的振动频率。在一些实施例中，特定设备中触觉噪声的模型可被用来预测由设备生成的触觉噪声。位于可穿戴设备上的触觉输出设备可以生成处于用户更可感知的不同频率和/或强度的触觉反馈。在一些实施例中，传感器可以测量可被用来确定利用触觉效果进行通信的最适当时间的触觉噪声，例如，当触觉噪声级别处于较低强度或处于特定频率时，或者换句话说，当感知、注意力突破和/或疼痛阈值在触觉输出设备的能力之内时。可穿戴设备可被设计为戴在操作者的优势手、非优势手、或身体的其它部分，诸如操作者的头(例如，就像在帽子或护目镜中)、手臂、脚踝、鞋、衬衫或手。

在另一实施例中，触觉信号可以通过修改触觉噪声的特征来提供。例如，触觉噪声可以在手持式工具中由用来操作该工具的电动马达产生。触觉信号可以利用触觉噪声源来提供。在马达的情况下，例如，马达输出可被调制，以加快或减慢、停止和起动、或时断时续。在另一个例子中，马达输出可被动态阻尼，以更改触觉噪声的特征，诸如频率或强度，以生成触觉信号。在一些实施例中，传感器可以位于设备上，以提供关于由该设备产生的触觉噪声的反馈。

如本文所使用的，可穿戴设备是可以由用户穿戴的任何设备，诸如手套、帽子、眼镜、鞋、衬衫、腕带、踝带等等，并且与用户的身体部分直接或间接地，永久地或间歇地，接触。(用手)可抓握的设备也被认为是可穿戴设备，即使它只是在被抓握时是“可穿戴的”，诸如电话或手柄。

图1是根据本发明一种实施例的、触觉启用的系统10的框图。系统10可以包括由触觉噪声源19产生触觉噪声的设备30。例如，触觉噪声源19可以是马达或者是设备30与诸如木材的材料的交互。系统10的内部是在系统10上生成触觉信号的触觉信号输出系统。在一些实施例中，触觉信号可以由触觉噪声源19生成。

触觉信号输出系统包括处理器或控制器12。耦合到处理器12的是存储器20和触觉输出设备驱动电路16，触觉输出设备驱动电路16被耦合到位于设备30上或其中的触觉输出设备18。触觉输出设备18可以包括任何类型的触觉输出设备，包括马达、致动器、静电摩擦(“ESF”)设备、超声频率(“USF”)设备、加热元件以及可用于向用户提供触觉反馈的任何其它触觉输出设备。在本申请讨论输出触觉信号的地方，诸如触觉输出设备上的触觉效果或触觉反馈，技术人员将理解，多个触觉输出设备或触觉输出设备的组合可以被使用，而不只是一个触觉输出设备。

其它此类触觉输出设备18可以包括柔性的、半刚性的或刚性的材料，包括智能流体致动器、流变流体致动器、宏观纤维复合(“MFC”)致动器、形状记忆合金(“SMA”)致动器、压电致动器和微机电系统(“MEMS”)致动器。

系统10可以包括传感器17。传感器17可以检测或建模由触觉噪声源19提供的触觉噪声。传感器17可以是任何感测设备，诸如但不限于，加速计、心电图、脑电图、肌电图、眼电图、腭电图、皮肤电反应传感器、电容性传感器、霍尔效应传感器、红外线传感器、超声传感器、压力传感器、光纤传感器、屈曲传感器(或弯曲传感器)、力敏感电阻器、负荷传感器，LuSense CPS² 155、微型压力换能器、压电传感器、应变计、湿度计、线性位置触摸传感器、线性电位计(或滑动片)、线性可变差分变压器、指南针、测斜器、磁性标签(或射频识别标签)、旋转编码器、旋转电位计、陀螺仪、通断开关、温度传感器(诸如温度计、热电偶、电阻式温度检测器、热敏电阻或温度-换能集成电路)、麦克风、光度计、高度计、生物监测器、相机，或光敏电阻器。除了传感器17(图1中未示出)，在备选实施例中，系统10还可以包括一个或多个附加的传感器。在这些实施例中的一些当中，传感器17和一个或多个附加的传感器可以是传感器阵列或某种其它类型的传感器集合的一部分。传感器17可以向处理器12提供传感器信息。来自传感器17的传感器信息可以通过常规的有线或无线技术提供给处理器12。

处理器12可以是任何类型的通用处理器，或者可以是专门设计来提供触觉效果的处理器，诸如专用集成电路(“ASIC”)。处理器12可以是操作整个系统10的相同处理器，或者可以是单独的处理器。处理器12可以基于高级参数决定什么触觉信号要被播放以及触觉信号被播放的次序。如果它在(一个或多个)触觉输出设备之间包括触觉信号的生成的一些变化或者基于用户与设备30或系统10的某个其它方面的交互包括触觉信号的生成的一些变化，则触觉效果可以被认为是“动态的”。

处理器12向触觉输出设备驱动电路16输出触觉控制信号，驱动电路16包括用来向触觉输出设备18供给触觉驱动信号的电子部件和电路，其中触觉驱动信号诸如引起期望触觉信号的电流和电压。系统10可以包括多于一个触觉输出设备18，并且每个触觉输出设备可以包括单独的驱动电路16，全都耦合到公共处理器12。存储器设备20可以是任何类型的存储设备或计算机可读介质，诸如随机存取存储器(“RAM”)或只读存储器(“ROM”)。存储器20存储由处理器12执行的指令。在指令当中，存储器20包括触觉效果模块22，该模块是指令，当其被处理器12执行时，生成触觉控制信号并且随后生成用于让触觉输出设备18提供触觉信号的触觉驱动信号，其中触觉信号诸如触觉效果。存储器20还可以位于处理器12内部，或者是内部和外部存储器的任意组合。

在一些实施例中，触觉效果模块22可被配置为具有可通过标识号码来识别的预设触觉效果。给定提示效果的情况(例如，给定触觉噪声参数或者事件或通知的紧急程度)，每个预设的触觉效果可以指定哪些参数要调整(例如，强度、频率、持续时间，等等)以及它们的值。在一些实施例中，触觉效果模块22可被配置为接收高级参数(例如，效果类型和强度级别)并确定低级参数(例如，强度、频率、持续时间，等等)和实现高级效果所必需的值。

在对应于图1的系统10的示例实施例中，操作者在使用电锯，诸如设备30，切通再生木材。木材含有如果遇到锯片可能会危险的金属碎片。锯具有嵌到锯手柄中的触觉输出设备18，诸如致动器，以提供振动触感触觉反馈。致动器以与锯的马达(即，触觉噪声源19)不同的频率操作。锯还配备传感器17，诸如金属传感器。当操作者开始锯时，金属传感器检测木材中的金属片。传感器17一检测到金属片，就产生作为一系列强独特振动的触觉信号，该振动可以由操作者在手柄上作为可区分的触感效果被感觉到。在一些实施例中，触觉信号可被配置为越过操作者的感知、注意力突破和/或疼痛阈值。例如，操作者可能期望触觉信号可以由致动器产生。在一些实施例中，触觉信号可被配置为越过操作者的注意力突破界线。例如，触觉信号可被配置为足够独特，以便将注意力转移到触觉信号。在一些实施例中，触觉信号可被配置为越过操作者的疼痛界线。例如，锯通碎片会是非常危险的并且疼痛可以提示操作者对触觉信号刺激更快地反应。在反应中，操作者可以从规划的路径偏离锯子，以避开金属片。

图2是根据本发明一种实施例的触觉启用的系统210的框图。系统210是图1的部件的备选布置并且在适用的时候共享相同的标记。对于标记为与图1中那些相同的系统210的部件，除了下面所指出的，特征和能力与上面所述的相同。

系统210包括可穿戴设备31。可穿戴设备31包含触觉输出设备18并与触觉输出设备驱动电路16接口。在系统210中，触觉噪声源19位于设备30上或其中。处理器12可以与可穿戴设备31无线通信。

在对应于图2的系统210的一种示例实施例中，操作者打算利用电钻钻两英寸深的孔。测量停止深度的一种途径是从钻头的尖端测出两英寸并且在钻头的轴上那个点绕钻头放置胶带作为标记。但是，在这种情况下，条件对于做到这一点不是最佳的。钻头很小，因此胶带不会粘牢，光线差，并且锯末会干扰操作者的视线。精度是需要的。操作者具有可变形的可穿戴设备，诸如绕他的手腕的可穿戴设备31。该设备能够产生在手腕周围作为挤压被感觉到的触觉信号。而且，钻具配备传感器17，诸如接近传感器。当钻孔开始时，接近传感器测量穿透距离，并且一测出两英寸，一系列短而尖锐的挤压就由操作者通过可穿戴设备感觉到。操作员立即停止钻孔，从而实现期望的结果。

图3是根据本发明一种实施例的触觉启用的系统310的框图。系统310是图1的部件的备选布置并且在适用的时候共享相同的标记。对于标记为与图1中那些相同的系统310的部件，除了下面所指出的，特征和能力与上面所述的相同。

在系统310中，(例如，图1的)触觉输出设备18可以包括触觉输出操纵器21。触觉输出操纵器21可以直接或间接地更改触觉噪声源19。例如，对于直接操纵，触觉输出操纵器21可以被连接，以中断或控制提供给触觉噪声源19的电力。在间接操纵中，例如，触觉输出操纵器21可以被连接到吸收材料(未示出)，以阻尼或改变由触觉噪声源19产生的触觉噪声(甚至无需直接更改触觉噪声源19)。除了不直接驱动触觉输出设备而是驱动触觉输出操纵器21之外，驱动电路16如上面关于图1所描述的那样进行操作。

在对应于图3的系统310的示例实施例中，操作者可以操作螺钉枪，诸如设备30，以便将螺钉打入干式墙(drywall)。动力工具的马达降低作为触觉信号的扭矩设置，以帮助操作者避免过度打入螺钉。在另一个例子中，螺钉枪的操作者正在打入板式螺钉(deckscrew)。动力钻具的振动被阻尼，由此通知操作者螺钉即将剥离。

在与图1、2和3一致的一些实施例中，触觉噪声源19可以是受控的触觉输出设备，用于提供一些通常不会被认为是“触觉噪声”的触觉效果。例如，移动设备原生的触觉致动器可以对应于触觉噪声源19。关于图1，在这个实施例中，除了原生的触觉噪声源，以另外提供触觉输出设备18，以提供其它触觉效果，或者关于图2，在可穿戴设备31上。关于图3，在这个实施例中，通过使原生触觉噪声源的触觉信号在那个其它系统的触觉输出逻辑之前或之后被更改，驱动电路16和触觉输出操纵器21的组合可以由处理器12实现。例如，发送到原生触觉噪声源的触觉驱动或触觉控制信号可以被中断或更改。或者，例如，触觉输出操纵器可以阻尼或改变由原生触觉噪声源产生的触觉信号的特征。

虽然本文讨论的具体实施例可能为了方便而指动力工具或手持式工具作为例子，但是本领域技术人员将理解，本文讨论的概念也可以应用到生成触觉噪声的任何“工具”或设备。这种工具可以包括具有可通过其正常使用(例如，接收电话呼叫或通知)被激活的触觉输出设备的移动设备，其中触觉输出设备诸如触觉噪声源19。类似地，具体的实施例还可以包括非手持式但是产生往往掩盖来自触觉输出设备的触觉信号的触觉噪声的动力工具。

利用动力工具实现的实施例可以是利用本文所描述的技术来基于工具的操作条件提供触觉效果的“智能”工具的一部分。动力工具可以包含在诸如系统10、210或310的系统中的智能部件。智能工具可以通过物联网(“IoT”)范例连接在一起。这可以促进动力工具与用于操作者或其他人的可穿戴设备之间的通信，其中其他人诸如操作者的主管。在这种语境下的智能工具可以是具有与之关联的触觉噪声级别的任何东西。位于这种智能工具上的传感器可以监视触觉噪声，特征化触觉噪声，并且提供可被用来确定可超过感知、注意力突破和/或疼痛的阈值的触觉信号的触觉噪声分布。触觉噪声分布可以周期性地或连续地被更新并且通过设备到控制器或其它设备的接口提供，或者直接向诸如系统10、210或310的系统提供。

图4是根据一种实施例、用于在触觉嘈杂的环境中提供触觉信号的流程图。在一种实施例中，图4(及下面的图5)的流程图的功能是由存储在存储器或其它计算机可读或有形介质中并由处理器执行的软件实现的。在其它实施例中，功能可以由硬件(例如，通过使用专用集成电路(“ASIC”)、可编程门阵列(“PGA”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)，等等)或者硬件和软件的任意组合来执行。

在410，工具任务由用户在触觉嘈杂的环境中起动。触觉嘈杂的环境，其中感知、注意力突破和疼痛的阈值已经由于触觉噪声而升高。在除由工具自然提供的之外不提供附加触觉感觉的传统路径中，用户将完成工具任务并且工具任务将在420结束。在提供附加触觉感觉的路径中，在430，环境的条件被感测。环境感测可以根据一个或多个传感器，诸如图1-3的传感器17，来实现。环境感测可以检测是与工具或其环境相关的条件的环境条件。例如，触觉噪声的振动和强度、工具的位置或朝向、工具的操作状态或者任务相关的事件可被用来确定用作触觉反馈的触觉信号。

例如，环境感测可被用来检测与触觉噪声相关的特征。噪声特征可被用来确定产生什么类型的触觉信号或者何时产生它们。触觉信号可以被定制，以便与触觉噪声可区分，例如，通过具有更大的强度和/或不同的频率。换句话说，触觉信号可被选择为超过感知、注意力突破和/或疼痛的阈值，以便可感知、具有注意力突破和/或产生疼痛。触觉信号的选择可以基于用户接收和识别触觉信号的紧迫性来实现。例如，低紧迫性触觉信号可被选择，以满足感知界线的阈值，而高紧迫性触觉信号可被选择，以满足疼痛界线阈值。在一些实施例中，触觉信号可以在触觉噪声处于当更期望这样的特征的某个时间被触发，例如，当触觉噪声强度小于先前的状态时。例如，某些工具通过在造成显著触觉噪声的动作与轻微暂停之间重复交替被使用。例如，钻孔有时是利用多个短推进完成的。系统可以等待触觉噪声的这些衰减时段，以提供信息性的触觉信号。类似地，系统可以在低频触觉噪声的低强度部分期间产生触觉信号。例如，链锯可以在空转时产生低频嗡嗡声。触觉信号可以被定时，以在这些振动的短停顿中发生，以减少实现要被感知、具有注意力突破和/或疼痛的期望阈值所需的触觉信号的级别或强度，因为在较低触觉噪声的这些时间，这些阈值也将较低。

其它例子包括那些上面已经讨论过的，诸如接近传感器、金属传感器、或环境的某个其它方面。

在一些实施例中，与触觉噪声相关的特征可以从用于特定设备的模型化触觉噪声来确定。例如，使用特定马达的钻具可以在一定的频率和强度建模，并且该信息可以被用于相同或相似型号的钻具，用于提供可区分的触觉信号，如上所述。另一个例子包括建模圆形或往复锯的噪声特征。噪声特征可以作为噪声分布为每个设备存储。

在一些实施例中，环境感测可被用来检测触觉噪声的特征并且使用那些特征来强调已存在于触觉噪声中的用户感知的触觉信号。例如，当使用钻具时，用户可以从钻具感测其马达转动比典型的慢的反馈。从这种感觉，用户可以猜测电池几乎用尽、钻头钝化、材料硬，等等。这种自然发生的触觉信号可以使用触觉效果来强调。在一些实施例中，触觉噪声可以通过放大触觉噪声来强调，以使其更容易感知或以其它方式使其更独特。在一些实施例中，触觉噪声可以通过提供被设计为将用户的注意力吸引到触觉噪声的附加触觉输出来强调。例如，如果电池几乎用尽，则到马达的电力可以利用触觉输出操纵器，诸如图3的触觉输出操纵器21，被反复中断。例如，如果被钻的材料硬，则触觉效果可以在可穿戴设备，诸如图2的可穿戴设备31，上播放，以指示用户应当施加更小的压力或者降低钻速。例如，如果钻头击中嵌在被钻的材料中的钉子或其它异物，则可以发生不常见的振动，诸如当钻头的切削刃击中异物时重复的“抽搐”声音。过滤器可被用来分离并放大触觉噪声中的这种变化。触觉输出设备可被用来播放隔离的触觉噪声的更大声或更独特的版本作为触觉信号，使得其与原始触觉噪声感觉相同，但更可感知或者超过感知、注意力突破和/或疼痛的阈值。

在一些实施例中，传感器可被用来检测精确的环境条件。例如，一些医疗设备，诸如医疗钻具，通常在它们的操作者需要戴多层手套、口罩、面罩及其它护具的同时被使用，所有这些都会降低感觉并相应地增加充当操作设备的原生触觉信号，即，原生设备反馈，的触觉噪声的感知、注意力突破和疼痛的阈值。而且，医疗器械必须清洁和无菌。在钻头上使用胶带对于确定钻孔深度距离将是不合适的。接近传感器或荧光检查传感器可以感测钻具的环境条件，即，到目标深度的距离，并且使操作员通过触觉输出设备，诸如可穿戴设备，被提醒。

返回到图4，在440，逻辑基于感测的环境确定工具的用户是否应当被通知。例如，如果环境的条件是使得用户应当被通知，则流程将这样确定，并且可以给出提供触觉信号的指令。提供触觉信号的指令可以基于环境条件。例如，接近传感器可以相对于被加工的材料的表面提供关于工具位置环境的信息。或者，例如，金属检测器可以提供关于是否在被加工的材料内检测到金属的信息。然后，触觉控制信号或触觉驱动信号可以被生成，以产生触觉信号。在提供分离的触觉输出设备的实施例中，信号可以是驱动触觉输出设备的触觉驱动信号。在触觉噪声源被用作触觉输出设备的实施例中，信号可以是控制触觉噪声源的触觉驱动信号，其中触觉噪声源诸如设备马达。例如，如果触觉噪声源是动力工具中的马达，则触觉驱动信号可以包括用于马达的电力电源，其随后可被更改或修改，以产生与由马达产生的正常触觉噪声不同的独特触觉信号。在另一实施例中，信号可以是到马达的触觉驱动信号，以控制马达以特定的方式来表现，从而产生与由马达产生的正常触觉噪声有区别的触觉信号。在触觉输出设备是被设计为阻尼触觉噪声的材料或致动器的实施例中，信号可以是到阻尼材料或阻尼致动器的触觉驱动信号，以控制阻尼材料或阻尼致动器。

返回到440，如果逻辑确定用户不应当被通知，则流程前进到420，在那里工具任务结束。如果用户应当被通知，则流程前进到450，在那里触觉信号通过设备的手柄或通过用户穿戴的可穿戴设备在设备上提供。提供触觉信号可以通过向触觉驱动电路，诸如触觉驱动电路18，提供触觉控制信号来实现，触觉驱动电路又可以向触觉输出设备，诸如致动器、阻尼器、马达控制或马达电力信号，提供触觉驱动信号。可区分的触觉效果可以通过触觉输出设备提供。可区分的触觉效果可以对应于触觉信号并且根据如上所述对感知、注意力突破或疼痛的阈值优于触觉噪声可被感知。

在一些实施例中，触觉信号可以由位于工具的手柄中或其附近的触觉输出设备提供。手柄是操作者与工具之间的直接接触点。照此，手柄可以是设备上提供关于工具的触觉信号的最佳位置。触觉信号可以包括任何适当的反馈，诸如振动、变形、温度变化或电触感反馈。例如，使之更小或更大或者更短或更长的手柄的变形可被用作用于通知的触觉信号。可以提供热反馈，以便使工具摸起来更热，例如，如果马达开始过热的话。

在一些实施例中，触觉信号可以通过与图1的系统10一致的系统在设备上提供。在这种实施例中，触觉信号可以在位于该设备中或其上的触觉输出设备，诸如图1的触觉输出设备18，上提供，以提供在设备的手柄处由用户感觉到的触觉效果。例如，工具可以是动力工具，它通过马达和/或该动力工具与之交互的材料(例如，木材、金属、塑料等等)提供触觉噪声。触觉信号可以基于指令来确定，以提供触觉效果和感测到的环境。在一些实施例中，触觉信号可被确定，从而避免输出在与操作中的工具的触觉噪声处于相同频率范围内的触觉信号。类似工具的噪声特征可被使用或者工具的噪声特征可被感测，以确定适当的参数，诸如强度、频率、偏转，等等，用于触觉信号。例如，在具有相当高每分钟转数(“RPM”)的动力工具中，可以在大约40Hz或更小的振动范围内提供振动触感的触觉效果。

在一些实施例中，触觉信号可以通过与图2的系统210一致的系统在设备上提供。在这种实施例中，触觉信号可以由位于可穿戴设备上的触觉输出设备提供。例如，触觉输出设备可以是致动器、加热元件，或者如上所述的其它触觉输出设备。依赖于触觉输出，一些类型或配置的可穿戴设备将比其它的更合适。例如，如果触觉信号是热的并且施加到手背，则手套可以很好地工作，因为它们是敏感的。可穿戴设备在下面进一步详细讨论。

在一些实施例中，触觉信号可以通过与图3的系统310一致的系统在设备上提供。在这种实施例中，触觉信号可以通过更改或阻尼与工具关联的自然触觉噪声来提供，以提供通知、扭矩调节或其它消息。特别地，可以进行更改或调制触觉噪声，以提醒操作者不正确或次优的工具操作。更改触觉噪声可以包括使用触觉输出操纵器，诸如图3的操纵器21，用于改变动力工具的马达的驱动力，以便在短时间内产生更弱和/或更强的触觉噪声，而不会不利地影响工具的性能。驱动力的更改将产生可以充当触觉信号的触觉效果，以提示工具的操作者某种条件。

在一些实施例中，作为图3的输出操纵器21，更改触觉噪声可以使用在噪声源，诸如工具的马达，的电断路器，以便通过启用断路器来短时间停止马达的旋转，以便切换到触觉噪声源的电源开/关。例如，断路器可在200Hz操作，以便每5毫秒开启或关断马达，持续总共1秒的时间。频率和持续时间可以被调整并且可以基于要给予用户的信息的类型来选择。例如，对于高紧迫性信息，断路器可以以非常高的频率被启用。对于不太紧迫性信息，断路器可以以较低的频率被启用。而且，断路器可以以不等间隔被启用，以进一步改变所提供的信息的类型(例如，快要没电的电池的通知可以关断马达5毫秒，启用马达10毫秒，在某个持续时间内重复)。对于重复的通知，诸如关于电池快要没电的初始通知以及后续通知，不等间隔可以进一步改变。对于电池的例子，关断时段可以逐步从5毫秒增加到12毫秒，以给予用户电池快要没电并且需要注意的感知。在其它例子中，断路器可以增加频率，以证明消息越来越重要。

在一些实施例中，阻尼或掩盖触觉噪声可以在一个频率完成，以根据被用来阻尼信号的频率向用户提供触觉信号。阻尼可以例如通过更改传达触觉信息的材料的刚性来实现，诸如通过致动器或伺服使设备手柄更硬或更软或者使手柄中的阻尼材料更有效或更无效。

在图1-3的系统的一些实施例中，设备可以没有集成的触觉噪声源，而是可以代替地通过设备的使用和与环境的交互产生触觉噪声。在这种实施例中，触觉噪声源19可以是由这种环境交互造成的噪声。特别地，任何物体都会产生触觉噪声，如果它与其它物体交互的话。这种实施例的一个例子包括运动装备的使用。例如，滑雪者滑雪会通过滑雪板与雪之间的接触生成显著量的触觉噪声。设备，诸如设备30，可以被认为是滑雪板。在与图1一致的实施例中，触觉输出设备可以位于设备(例如，滑雪板)上。在与图2一致的实施例中，触觉输出设备可以位于可穿戴设备上。在与图3一致的实施例中，通过设备的使用(例如，滑雪)所生成的触觉输出可以基于设备的触觉噪声级别被修改或更改，以提供独特的触觉效果(例如，通过滑雪靴连接器)。这种独特的触觉效果可以通知设备操作者。例如，独特的触觉效果可以告知滑雪者雪或冰的条件、坡度角、危险因素、关于姿态或位置的指导意见，等等。诸如传感器17的传感器可以提供触感效果进一步基于其的生物监测。生物监测可以包括心率监测仪、皮肤电反应传感器或其它生物感测。触觉效果可以基于生物监测被改变。例如，增加的心率可以指示需要更强的触觉效果来实现注意力突破。在另一个例子中，设备可以是在击打网球时生成触觉噪声的网球拍。在这种情况下，球拍将被认为是设备并且实现可以按照类似于滑雪的例子。独特的触觉效果可以，例如，通知练习球员关于拍面角度、速度和位置应当做什么调整，以便提供即时反馈来帮助改进球员的击球。其它的例子可以包括自行车运动员、游泳运动员、赛跑运动员、击球手、接球手、捕球手，等等。

当其与另一对象交互时产生触觉噪声的对象的另一个例子可以包括汽车座椅。当座椅被机械地耦合到车的底板，进而机械地耦合到车辆的悬挂系统，进而机械地耦合到与车行道交互的轮胎时，振动可以被座椅中的驾驶员感觉到。道路振动(和其它悬挂系统振动)可以产生触觉噪声。触觉输出设备可以被集成到这种对象中，以提供触觉效果。例如，致动器可以被集成到汽车座椅中，以依赖于环境条件或通知提供触觉效果，其中触觉效果是基于环境条件和触觉噪声选择的。触觉效果也可以被选择为越过感知、注意力突破和/或疼痛的阈值。

返回到图4，在460，用户可以依赖于接收到的触觉信号采取可选的校正动作。例如，用户可以响应于触觉信号而更改工具的使用、停止使用工具，或执行与工具不直接相关的某种其它动作。如果工具使用继续，则流程可以继续返回去在430进行感测，或者可以继续到在420工具任务的结束。

图5是根据一种实施例、用于在使用可穿戴设备的触觉嘈杂的环境中提供触觉效果的流程图。可穿戴设备，诸如图2的可穿戴设备31，可以是具有集成的触觉输出设备的可穿戴物品。可穿戴物品可以包括诸如手腕、手臂或手指可穿戴物品、戒指、手套、护目镜或帽子之类的东西。一些类型的可穿戴设备更适于发送某些类型的效果。可穿戴设备可以提供各种触觉效果，这些效果依赖于应用而可以更有效或更无效。例如，可穿戴设备可以利用振动触觉驱动器来振动或利用触觉输出设备缩短或绷紧带子来挤压。在可穿戴设备上提供的触觉信号可以足够强或具有独特的特征，以便使它们可与自然生成的触觉噪声区别开。触觉信号可被选择，以满足如以上所讨论的感知、注意力突破和/或疼痛的阈值当中一个或多个。操作者可能更喜欢可穿戴物品在一只手上或另一只手上或者在优势手或非优势手上并且可以照此指定偏好，以通知系统可穿戴设备穿戴在什么地方。

返回到图5，在510，确定可穿戴设备是在非优势手、优势手还是在身体上的某个其它位置。可穿戴设备的位置可以通过设备中的设置来确定，这可以根据由用户指定的偏好来设置。在515，如果可穿戴设备是在非优势手上，则调整可以对触觉控制信号或触觉驱动信号进行，以适应可穿戴设备是在非优势手上。例如，据推测，单手工具将由用户利用用户的优势手来操作。照此，触觉噪声通常被生成并定位得离非优势手比优势手更远，并且因此，感知、注意力突破和疼痛的阈值将低于如果可穿戴设备被戴在优势手上的时候的阈值。通过调整用于触觉效果的触觉控制信号或触觉驱动信号，触觉信号可以对戴着可穿戴设备的非优势手被衰减或者对戴着可穿戴设备的优势手被放大。在520，考虑优势手可穿戴设备。底层逻辑对优势手或非优势手穿戴的可穿戴设备保持相同，但是，如所讨论的，触觉效果的强度可以被调整。在525的另一个选项是可穿戴设备可被穿戴在另一个身体部分上，诸如利用帽子、护目镜、脚镯等等。这些情况下可以被认为与非优势手的情况相似，因为可穿戴设备将有可能离触觉噪声源更远并且据推测更容易被感知，即，对感知、注意力突破和疼痛的阈值将低于如果可穿戴设备被穿戴在更接近触觉噪声源的时候的阈值。

图5的流程图一起往回移动并且，在530，如果触觉效果是基于振动的，诸如由振动触感致动器所提供的，则可以提供与来自工具本身的触觉噪声相似但不同的触觉信号，如上面所讨论的。特别地，相当低频率的振动会比有可能与由工具的触觉噪声自然生成的频率重叠更多的较高频率的振动更有效。在540，如果触觉效果是热的，则可以提供热触觉效果。在一种实施例中，在545，热触觉可被结合到可穿戴设备中，以模拟(成比例地或者具有抗烧伤的安全防范措施)工具的热条件，来通知操作者工具的可能过热或故障条件。工具的状态可以由传感器感测并且通过导线或通过无线介质无线地传送到可穿戴设备，用于确定热触觉反馈。

在550，如果触觉效果是变形，诸如挤压效果，则触觉信号可以在腕带或手套上提供。挤压效果的一些属性由552、554和556示出。在552，连续的强尖锐挤压(例如，快速连续9次)可以被施加。在554，大约200Hz的高频挤压可以对短而尖锐的挤压效果很好地工作。在556，使其挤压的可穿戴设备，诸如带子，应当由结实但柔软的材料制成，像结实的合成纤维或橡胶。

在一些实施例中(未示出)，基于工具或设备的远程操作，可穿戴设备可被有效地用于触觉信号。在这种实施例中，为其得出反馈的工具或设备，诸如设备30，可以或可以不靠近可穿戴设备。触觉噪声可以来自设备30和/或可穿戴设备的环境中的其它设备或触觉噪声源。触觉信号可以通过交互式网络中的一个可穿戴设备或多个可穿戴设备被提供给操作者或其他人，诸如操作者的主管或者其他感兴趣方。在一些实施例中，具有可穿戴设备的用户可以选择偏好来指定他们希望在哪些设备上接收什么样的触觉信号(和通知)。例如，操作者的主管可以穿戴可穿戴设备并将其配置为接收要立即通知的高紧迫性警报通知，同时将其手机配置为接收不太紧迫的通知供有可能延迟的观看。

图6是根据一种实施例示出对于图1-3的传感器17和图1的触觉输出设备18的一些可能位置的动力工具的图示。一个或多个传感器17和一个或多个触觉输出设备18可被放在设备上任何地方。特别地，如图所示，触觉输出设备18可以放在钻具的扳柄按钮、手柄、电池或马达壳体上。它们可以放在钻具主体的内部或外部。在一种实施例中，触觉输出设备18可以是硬币型ERM致动器。

如所公开的，实施例提供了用于在触觉嘈杂的系统中生成优于触觉噪声可感知的触觉效果的系统。触觉效果可以由位于设备上的分离的触觉输出设备、与设备分离的可穿戴设备或者在设备上通过更改或阻尼触觉噪声来生成。传感器可以被集成到设备中，以监视设备的操作条件。触觉效果可以提供与设备的操作相关的通知信息。

根据一个实施例，公开了一种具有存储在其上的、产生触觉效果的指令的计算机可读介质，其中产生包括：感测设备的环境条件；确定设备的触觉噪声特征；基于设备的环境条件和触觉噪声特征生成触觉驱动信号；及向与设备关联的触觉输出设备施加触觉驱动信号。

根据优选实施例，设备是具有马达的动力工具并且触觉噪声是由马达生成的。

根据优选实施例，信号是触觉信号并且触觉输出设备与马达不同。

根据优选实施例，触觉输出设备位于动力工具上或其中。

根据优选实施例，触觉输出设备远离动力工具定位。

根据优选实施例，触觉输出设备位于可穿戴设备上，并且其中产生还包括：接收手指示设置，该设置指示可穿戴设备被设置为戴在优势手还是非优势手上；及触觉驱动信号还基于手指示设置生成。

根据优选实施例，触觉输出设备对应于触觉噪声源并且触觉驱动信号包括到触觉噪声源的电或控制输入。

根据优选实施例，触觉输出设备对应于阻尼器，并且修改包括：更改设备的至少一个触觉噪声特征，其中所述至少一个触觉噪声特征包括触觉噪声的频率或触觉噪声的强度当中至少一个。

根据优选实施例，触觉驱动信号是基于与触觉噪声关联的感知的阈值、注意力突破的阈值或者疼痛的阈值生成的。

根据优选实施例，触觉噪声特征基于代理传感器值。

几个实施例在本文中具体地进行了说明和/或描述。但是，可以认识到，在不背离本发明的精神和预期范围的情况下，所公开的实施例的修改和变化被上述教导覆盖并且在所附权利要求的范围内。

Claims (26)

1.一种产生触觉效果的方法，包括：

感测设备的环境条件；

确定设备的触觉噪声特征；

基于设备的环境条件和触觉噪声特征生成触觉驱动信号；以及

向与设备关联的触觉输出设备施加触觉驱动信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中设备是具有马达的动力工具并且触觉噪声是由马达生成的。

3.如权利要求2所述的方法，其中信号是触觉信号并且触觉输出设备与马达不同。

4.如权利要求3所述的方法，其中触觉输出设备位于动力工具上或动力工具中。

5.如权利要求3所述的方法，其中触觉输出设备远离动力工具定位。

6.如权利要求5所述的方法，其中触觉输出设备位于可穿戴设备上。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：

接收手指示设置，所述手指示设置指示可穿戴设备被设置为戴在优势手还是非优势手上；以及

触觉驱动信号进一步基于手指示设置生成。

8.如权利要求1所述的方法，其中触觉输出设备修改触觉噪声特征。

9.如权利要求1所述的方法，其中触觉输出设备对应于触觉噪声源，并且触觉驱动信号包括到触觉噪声源的电输入或控制输入。

10.如权利要求8所述的方法，其中触觉输出设备对应于阻尼器，并且所述修改包括：

更改设备的至少一个触觉噪声特征，其中所述至少一个触觉噪声特征包括触觉噪声的频率或触觉噪声的强度当中至少一个。

11.如权利要求1所述的方法，其中触觉驱动信号是基于与触觉噪声关联的感知的阈值、注意力突破的阈值或者疼痛的阈值生成的。

12.如权利要求1所述的方法，其中触觉噪声特征包括强度级别或频率当中至少一个。

13.如权利要求1所述的方法，其中触觉噪声特征基于代理传感器值。

14.如权利要求1所述的方法，其中触觉噪声是通过设备与另一设备或对象交互而产生的。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述设备是运动装备。

16.一种产生触觉效果的系统，包括：

被配置为感测设备的环境条件的传感器；

被配置为确定设备的触觉噪声特征的传感器；

触觉信号驱动电路，被配置为基于设备的环境条件和触觉噪声特征提供触觉驱动信号；以及

触觉输出设备，与设备关联并且被配置为施加触觉驱动信号。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述设备是具有马达的动力工具并且触觉噪声是由马达生成的。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述触觉输出设备与马达不同。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述触觉输出设备位于动力工具上或动力工具中。

20.如权利要求18所述的系统，还包括远程设备，其中触觉输出设备位于所述远程设备上。

21.如权利要求20所述的系统，还包括：

手指示模块，被配置为接收手指示设置，所述手指示设置指示远程设备被设置为戴在优势手还是非优势手上，其中触觉驱动信号进一步基于手指示设置被提供。

22.如权利要求16所述的系统，其中所述触觉输出设备对应于触觉噪声源并且触觉驱动信号包括到触觉噪声源的电输入或控制输入。

23.如权利要求16所述的系统，其中所述触觉输出设备对应于阻尼器，并且修改触觉噪声特征包括更改设备的至少一个触觉噪声特征，其中所述至少一个触觉噪声特征包括触觉噪声的频率或触觉噪声的强度当中至少一个。

24.如权利要求16所述的系统，其中触觉驱动信号是基于与触觉噪声关联的感知的阈值、注意力突破的阈值或者疼痛的阈值生成的。

25.如权利要求16所述的系统，其中所述触觉噪声特征基于代理传感器值。

26.一种产生触觉效果的系统，包括用于执行权利要求1-15中任一项所述的方法中各步骤的模块。